32Физические характеристики шума

Основными физическими параметрами, характеризующими звук как колебательное движение, являются скорость, длина и амплитуда волны, частота, сила и акустическое давление.

Скорость звука - это расстояние, на которое в упругой среде распространяется звуковая волна в единицу времени. Скорость звука зависит от плотности и температуры среды.

Звуки различной частоты, будь то пронзительный свист или глухое рычание, распространяются в одной и той же среде с одинаковой скоростью.

Скорость звука является некоторой константой, характерной для данного вещества. Скорость распространения звука в воздухе (при 0°С) составляет 340 м/с, в воде - 1450 м/с, в кирпиче - 3000 м/с, в стали - 5000 м/с.

С изменением температуры среды изменяется скорость звука. Чем выше температура среды, тем с большей скоростью в ней распространяется звук. Так, на каждый градус увеличения температуры скорость звука в газах возрастает на 0,6 м/с, в воде - на 4,5 м/с.

В воздухе звуковые волны распространяются в виде расходящейся сферической волны, которая заполняет большой объем, так как колебания частиц, вызванные источником звука, передаются значительной массе воздуха. Однако с увеличением расстояния колебания частиц среды ослабевают.

Ослабление звука зависит также от его частоты. Звуки высоких частот поглощаются в воздухе больше, чем звуки низких частот.

Возможна субъективная оценка производственного шума. На рис. показана зависимость уровня звукового давления от расстояния.

Рис. График субъективной оценки шума: 1 - очень громкий разговор; 2 - громкий разговор; 3 - повышенный голос; 4 - нормальный голос

 По этой зависимости можно ориентировочно установить величину уровня звукового давления, если два человека, находящихся в цехе, достаточно хорошо слышат и понимают речь при разговоре между собой. Например, если разговор нормальным голосом можно вести на расстоянии 0,5 м друг от друга, то это означает, что величина шума не превышает 60 дБ; на расстоянии 2,5 м при этой величине уровня звукового давления будет услышана и понятна только громкая речь.

Источники шума обладают определенной направленностью излучения. Наличие в атмосфере слоев воздуха с различной температурой приводит к преломлению звуковых волн.

Днем, когда температура воздуха с высотой уменьшается, звуковые волны от источника, расположенного вблизи поверхности земли, загибаются кверху и на некотором расстоянии от источника звук не слышен.

Если же с высотой температура воздуха повышается, звуковые волны загибаются книзу и звук доходит до более отдаленных точек земной поверхности. Этим объясняется тот факт, что ночью, когда верхние слои воздуха нагреваются за день, звук слышен на более далекие расстояния, чем днем, особенно при распространении его над поверхностью воды, почти полностью отражающей звуковые волны вверх.

Когда температура воздуха с высотой изменяется незначительно и ветер отсутствует, то звук распространяется, не испытывая заметного преломления. Например, в зимние морозные дни за несколько километров слышен гудок паровоза, далеко слышен скрип саней, стук топора в лесу и т. п.

Как любое волнообразное движение, звук характеризуется длиной волны. Длиной волны называется расстояние между двумя последовательными гребнями и впадинами.

Амплитудой волны называют расстояние, на которое частица среды отклоняется от своего положения равновесия.

Органы слуха человека воспринимают длины звуковых волн от 20 м до 1,7 см. Сила звука прямо пропорциональна длине звуковой волны.

Частота звука - число колебаний звуковой волны в единицу времени (секунду) и измеряется в Гц.

По частоте звуковые колебания подразделяют на три диапазона:

инфразвуковые колебания с частотой менее 16 Гц;

звуковые - от 16 до 20 000 Гц;

ультразвуковые - более 20 000 Гц.

Органы слуха человека воспринимают звуковые колебания в интервале частот 16 ... 20 000 Гц.

Звуковой диапазон принято подразделять на низкочастотный -до 400 Гц, среднечастотный - 400 ... 1000 Гц и высокочастотный -свыше 1000 Гц.

Инфразвуки не воспринимаются органом слуха человека, но могут воздействовать на организм в целом, вызывая тяжелые последствия. Дело в том, что внутренние органы человека имеют собственную частоту колебаний 6 ... 8 Гц.

При воздействии инфразвука этой частоты возникает резонанс, т. е. частота инфразвуковых волн совпадает с собственной (резонансной) частотой внутренних органов, что сопровождается увеличением амплитуды колебаний системы. Человеку кажется, что внутри у него все вибрирует. Кроме того, инфразвуковые колебания обладают биологической активностью, которая объясняется также совпадением их частот с ритмом головного мозга. Инфразвук определенной частоты вызывает расстройство работы мозга, слепоту, а при частоте 7 Гц - смерть.

Основными источниками инфразвука на предприятиях общественного питания могут быть непрерывно работающие машины и механизмы, имеющие число циклов менее 20 в секунду, - механизмы для перемешивания салатов, нарезки свежих и вареных овощей, рыхлители, взбивальные машины и другие виды технологического оборудования, имеющего относительно небольшую частоту вращения основных рабочих органов.

Одна из особенностей инфразвука заключается в том, что он хорошо распространяется на большие расстояния и почти не ослабляется препятствиями. Поэтому при борьбе с ним традиционные методы звукоизоляции и звукопоглощения малоэффективны. В этом случае наиболее приемлем метод борьбы с инфразвуком как вредным производственным фактором в источнике его возникновения.

Ультразвук - упругие волны малой длины с частотой колебаний более 20000 Гц. Специфическая особенность ультразвука заключается в его возможности генерировать пучкообразные волны, которые могут переносить значительную механическую энергию. Эта способность ультразвука нашла широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе и пищевой. Так, например, обработка молока  ультразвуком позволяет значительно снизить содержание в нем микрофлоры. Ультразвук используют на предприятиях, производящих животные и растительные жиры, при хлебопекарном и кондитерском производстве, на мясо- и рыбоперерабатывающих заводах, в виноделии и парфюмерии.

Наряду с многочисленными возможностями использования ультразвука в развитии технологических процессов он вредно воздействует на организм человека: вызывает нервные расстройства, головную боль, потерю слуховой чувствительности и даже изменение состава и свойств крови.

Защита от действия ультразвука может быть обеспечена изготовлением оборудования, излучающего ультразвук, в звукоизолирующем исполнении, устройством экранов, в том числе прозрачных, между оборудованием и работающим, размещением ультразвуковых установок в специальных помещениях.

При распространении звуковой волны в воздухе в нем образуются сгущения и разряжения, создающие добавочные давления по отношению к среднему внешнему давлению атмосферы. Именно на это давление, называемое звуковым, или акустическим, реагируют органы слуха человека. Единица измерения звукового давления - Н/м² или Па.

Звуковая волна в направлении своего движения несет с собой определенную энергию. Количество энергии, переносимой звуковой волной в единицу времени через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно направлению распространения волны, называется силой звука, или интенсивностью звука (I), измеряется в Вт/м².

Максимальные и минимальные звуковые давления и интенсивности звука, воспринимаемые человеком как звук, называют пороговыми.

Орган слуха человека способен различать прирост звука в 0,1 Б, поэтому на практике при измерении уровней звука используют внесистемную единицу децибел (дБ): 0,1 Б = 1дБ.

Увеличение шума на 1 дБ дает прирост звуковой энергии в 1,26 раза. Сравнивая силу двух шумов, например 10 и 20 дБ, нельзя сказать, что интенсивность второго в два раза больше первого. В действительности она будет больше в 10 раз.

Шкала громкости, воспринимаемая органом слуха человека, -от 1 до 130 дБ.

Давление звуковой волны на пороге болевого ощущения (130 дБ) равно примерно 20 Па.

Для лучшего представления уровня звука как силы слухового ощущения в децибелах можно привести следующие примеры: при

f= 1000 Гц нормальная разговорная речь соответствует 40 дБ, работа мотора легкового автомобиля - 50 дБ, двигателя самолета -100 ... 110 дБ, шум магистральных улиц и площадей городов-60 дБ.

Физиологическое воздействие шума на организм человека зависит от спектра и характера звука.

33ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА. НОРМИРОВАНИЕ ШУМА Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов. Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и заменяет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этому шума не слышно сигналов транспорта, автопогрузчиков и других машин. Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие. При нормировании шума используют два метода: нормирование по предельному спектру шума; нормирование уровня звука в дБА. Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуковых давлений в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц (см. табл. 8). Таким образом, шум на рабочих местах не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003-76. Совокупность восьми допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром. С ростом частоты (более неприятный шум) допустимые уровни уменьшаются. Каждый из спектров имеет свой индекс ПС, например, ПС-80, где цифра 80 - допустимый уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Второй метод нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале шумомера и называется уровнем звука в дБА, используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянному шума. Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром зависимостью Для тонального и импульсного шума допустимые уровни должны приниматься на 5 дБ меньше значений, указанных в табл.

34Методы борьбы с шумом Для борьбы с шумом в помещениях проводятся мероприятия как технического, так и медицинского характера. Основными из них являются: •  устранение причины шума, т. е. замена шумящего оборудования, механизмов на более современное нешумящее оборудование; •  изоляция источника шума от окружающей среды (применение глушителей, экранов, звукопоглощающих строительных материалов); •  ограждение шумящих производств зонами зеленых насаждений; •  применение рациональной планировки помещений; •  использование дистанционного управления при эксплуатации шумящего оборудования и машин; •  использование средств автоматики для управления и контроля технологическими производственными процессами; •  использование индивидуальных средств защиты (беру-ши, наушники, ватные тампоны); •  проведение периодических медицинских осмотров с прохождением аудиометрии; •  соблюдение режима труда и отдыха; •  проведение профилактических мероприятий, направленных на восстановление здоровья. Интенсивность звука определяется по логарифмической шкале громкости. В шкале — 140 дБ. За нулевую точку шкалы принят "порог слышимости" (слабое звуковое ощущение, едва воспринимаемое ухом, равное примерно 20 дБ), а за крайнюю точку шкалы — 140 дБ — максимальный предел громкости. Громкость ниже 80 дБ обычно не влияет на органы слуха, громкость от 0 до 20 дБ — очень тихая; от 20 до 40 — тихая; от 40 до 60 — средняя; от 60 до 80 — шумная; выше 80 дБ — очень шумная. Для измерения силы и интенсивности шума применяют различные приборы: шумомеры, анализаторы частот, корреляционные анализаторы и коррелометры, спектрометры и др. Принцип работы шумомера состоит в том, что микрофон преобразует колебания звука в электрическое напряжение, которое поступает на специальный усилитель и после усиления выпрямляется и измеряется индикатором по градуированной шкале в децибелах. Анализатор шума предназначен для измерения спектров шумов оборудования. Он состоит из электронного полосного фильтра с шириной полосы пропускания, равной 1/3 октавы. Основными мероприятиями по борьбе с шумом являются рационализация технологических процессов с использованием современного оборудования, звукоизоляция источников шума, звукопоглощение, улучшенные архитектурно-планировочные решения, средства индивидуальной защиты. Рис. 1.6. Противошумные наушники: 1 — пластмассовый корпус; 2 — стекловата; 3 — уплотняющие прокладки; 4 — съемные чехлы из пленки и фланели На особо шумных производственных предприятиях используют индивидуальные шумозащитные приспособления: антифоны, противошумные наушники (рис. 1.6) и ушные вкладыши типа "беруши". Эти средства должны быть гигиеничными и удобными в эксплуатации. В России разработана система оздоровительно-профилактических мероприятий по борьбе с шумом на производствах, среди которых важное место занимают санитарные нормы и правила. Выполнение установленных норм и правил контролируют органы санитарной службы и общественного контроля.